Question

【題目】金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽為“未來金屬”。以鈦鐵礦（主要成分FeTiO3，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦同時獲得副產品甲的工業(yè)生產流程如下：

回答下列問題：

（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO4，反應中無氣體生成。副產品甲陽離子是________。

（2）上述生產流程中加入鐵屑的目的是____________________________。

（3）此時溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等陽離子。常溫下，其對應氫氧化物的Ksp如下表所示。

氫氧化物	Fe（OH）2	TiO（OH）2	Mg（OH）2
Ksp	8．0×10－16	1．0×10－29	1．8×10－11

①常溫下，若所得溶液中Mg2＋的物質的量濃度為0．0018mol·L－1，當溶液的pH等于________時，Mg（OH）2開始沉淀。

②若將含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀釋，立即析出大量白色沉淀，寫出該反應的離子方程式：________________________。

（4）Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應該控制的反應條件是__________________。（5）在800～1000℃時電解TiO2也可制得海綿鈦，裝置如圖所示。下圖中b是電源的________極，陰極的電極反應式________。

Answer 1

【答案】）（1）Fe2＋（2）防止Fe2＋氧化（3）①10②TiO2＋＋2H2O===TiO（OH）2↓（或H2TiO3）＋2H＋（4）隔絕空氣（或惰性氣氛中）

（5）正TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

【解析】

試題分析：（1）根據反應前后原子個數守恒，R的化學式為FeTiO3，根據題意寫出FeTiO3＋H2SO4→TiOSO4，Ti的化合價為+4價，因為沒有氣體產生，化合價沒變化，即生成物還有FeSO4、H2O，因此反應方程式為：FeTiO3＋2H2SO4=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O，所以副產品甲陽離子是Fe2＋；

（2）Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋,因此加入鐵屑的作用是防止Fe2＋被氧化；

（3）①出現沉淀Ksp=c（Mg2＋）×c2（OH－），c（H＋）=Kw/c（OH－），代入數值，得出c（H＋）=10－10mol·L－1，則pH=10；②在對應氫氧化物的Ksp的數據中，TiO（OH）2的Ksp最小，根據Ksp的意義，相同類型的難溶物，Ksp越小，說明溶解能力越小，出現大量白色沉淀，即為TiO（OH）2，因此該反應的離子方程式為TiO2－＋2H2O=TiO（OH）2↓；（3）Mg是活潑金屬，在高溫下可以與空氣中氧氣、氮氣、CO2等氣體反應，因此要求控制條件是隔絕空氣或惰性氣體中；（4）根據O2－的移動方向，以及電解原理，陰離子向陽極移動，b為電源的正極，a為電源的負極，根據裝置圖，陰極產生O2－，電極反應式為：TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。